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Lo que el pis de cerdo de una granja catalana nos enseñó sobre el origen de la vida

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Hace 9 años, el encargado de una granja en Maçanet de la Selva (Gerona) observó algo muy curioso. Debido a unas obras, había que adecentar una fosa séptica que había contenido purines de cerdo a lo largo de años. La operación puso al descubierto una espléndida capacitación de cristales que entapizaban las paredes de hormigón de la fosa. El reflexivo granjero, maravillado por el singular fenómeno, recogió numerosas muestras y, pensando en el potencial interés de los cristales, remitió múltiples a nuestro laboratorio.

Los identificamos como struvita, fosfato de magnesio y amonio. Además del tamaño de los cristales, no había nada extraño. La struvita es frecuente en entornos pobres en oxígeno, con amoníaco y materia orgánica. Si halla cristales o bien una arenilla cristalina en una conserva de pescado podría tratarse de struvita formada tras el envasado. No se preocupe: es inocua y no implica una mala conservación.

Cristal de struvita de 1 cm, de la granja de Maçanet de la Selva.Esta anécdota cobró interés pasados unos años. Fue a lo largo de las discusiones sobre la química del origen de la vida, que sosteníamos en el NSF-NASA Center for Chemical Evolution. Deseábamos comprender un viejo inconveniente del origen de la vida: ¿de qué forma se incorporó el fosfato a la evolución química (procesos de síntesis, ensamblaje y selección molecular que llevan cara la dificultad bioquímica y la vida)?. Esto pudo suceder en la Tierra hace unos cuatro mil doscientos millones de años y el fosfato es una de las claves.

Aquella fosa gerundense fue inspiradora en nuestra investigación sobre el tema.

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Fosfato: el soporte del libro de la vida
Tal vez la primera cosa que venga a la psique al meditar en fósforo y vida sean los huesos, formados por fosfato cálcico. Mas, si viajamos por el planeta molecular, vemos que el fosfato es clave en la comunicación y regulación celular, en el metabolismo y la energía. Asimismo forma el armazón del ADN y el ARN.

El fosfato conecta las letras en el ADN, y es el soporte ideal para la información genética. Favorece la capacitación de la doble hélice, el plegamiento de estructuras como el ribosoma, es esencial en la interacción entre ADN y proteínas y en procesos básicos de la biología molecular como la replicación. El fosfato es el encuadernado de un libro muy flexible, sobre el que se puede redactar la información de tal modo que se pueda leer, copiar y corregir.

Una secuencia de ADN B. Los fosfatos (azul) encadenan y aguantan la información, en forma de una secuencia de bases (cajas cian)

Imagen creada con UCSF Chimera.
No conocemos ninguna opción alternativa viable al fosfato que deje la evolución tal y como la conocemos. Por este motivo, creemos que en el proceso que dio origen a la vida hubo un instante definitivo en el que entró el fosfato desde el ambiente mineral. Mas el fosfato tiende a formar minerales muy insolubles y, además de esto, es bastante difícil que reaccione con los predecesores orgánicos de la vida.

Esta complejidad se llamó “el inconveniente del fosfato”, y nos interesaba explorar posibles soluciones.

La intuición de Darwin
Ciertos meteoritos son ricos en schreibersita (fosfuro de hierro), una forma de fósforo rarísima en nuestro planeta. En la Tierra primitiva, sometida a un intenso bombardeo meteorítico, este fosfuro hubo de ser considerablemente más usual. Nuestro colega Matthew Pasek observó algo muy interesante: la schreibersita se meteoriza liberando especies de fósforo activas, que forman de forma fácil compuestos orgánicos con fosfato. Quizás los meteoritos eran la clave del inconveniente del fosfato.

No obstante, parecía bastante difícil que la schreibersita fuera eficiente para impulsar la evolución química, en tanto que solo es una parte menor de un pequeño porcentaje de los meteoritos totales. Se ha visto que el impacto de rayos en suelos con fosfato da sitio a fulguritas con fosfuro, lo que aumentaría su exuberancia.

Nosotros nos proponemos una idea distinta: el fosfato es la manera más rebosante de fósforo. Además de esto, el fosfato tiende a concentrarse en entornos volcánicos formando por servirnos de un ejemplo las tefras de fosfato con minerales como apatitos o bien merrillita. En una zona volcánica, en la que se formen charcas que se secan y también anegan estacionalmente, podrían acumularse minerales de perturbación y compuestos orgánicos formados en lo que llamamos química prebiótica.

Si esto ocurre sobre un suelo con fosfato, ¿se formarán predecesores del ARN?

Era ineludible rememorar la carta que Converses Darwin escribió en mil ochocientos setenta y uno a J.D. Hooker, en la que imaginaba una “pequeña charca caliente” conteniendo fosfato y amoníaco, donde, por efecto de la luz, calor y descargas eléctricas, podría haberse formado la materia orgánica que antecedió la vida. Creemos que esa “charca caliente” principal debió parecerse a nuestra fosa séptica gerundense, rica en urea y materia orgánica. Además de esto, debió contener otros componentes relevantes en la Tierra primitiva, como cianuro y sus derivados.

Cuando hacemos el experimento de “charca de urea” sobre mineral de fosfato, se formaron preciosos cristales de struvita. Ciertos científicos creían que la estruvita es un mineral asociado a la vida. En verdad, en la fosa séptica, la descomposición bacteriana de la urea crea las condiciones para su capacitación. Nosotros vimos que es posible su capacitación en ausencia de vida. Además de esto, la combinación de struvita y urea fomenta, entre otros muchos, la capacitación de los predecesores del ARN.

A: Schreibersita (flechas amarillas) en un fragmento de meteorito metálico; B: Rocas Wishstone, ricas en fosfato (apatito), en el cráter Gusev, Marte. La meteorización de estas rocas podría dar sitio a la capacitación de struvita y predecesores de la vida. C: Cristales de struvita y un mineral relacionado, newberyita, formados a lo largo de nuestros ensayos, desde rocas ricas en fosfato

C. Menor Salván (A, C) / NASA/JPL/Cornell (B)
De esta manera, no dependemos de meteoritos y rayos para explicar de qué forma el fosfato entró en la evolución prebiótica. Bastaría con la propia geoquímica del planeta. Como es natural, los dos procesos podrían haber ocurrido simultáneamente, contribuyendo a la capacitación de compuestos fosfatados.

Los procesos químicos que dieron sitio a los predecesores de la vida asimismo pudieron mudar las rocas, contribuyendo a su meteorización y formando minerales como la estruvita. En el origen de la vida no solo hay que tener en consideración moléculas como el ARN. Asimismo es fundamental el contexto geológico y los minerales. Por esta razón, la exploración de la geología y mineralogía de Marte es esencial para comprender de qué forma se produjo la vida. Si en Marte se encontrasen minerales relacionados con la struvita, podrían ser un marcador prebiótico que nos señalaría que en el planeta pudo darse el comienzo del camino cara la vida.

César Menor-Salván es Maestro Asistente Doctor. Bioquímica y Astrobiología. Departamento de Biología de Sistemas, Universidad de Alcalá

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation.

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